للفيزياء لغةٌ لوَصْف حالة عدم التحديد التي تكون عليها الفوتونات (أو أي شيء آخر). إذا كان بإمكان الجسيم أن يكون في حالتين، يمكنه أيضًا أن يكون في حالة «تراكب» بين الحالتين. وباستخدام الترميز الذي طوره عالم الفيزياء بول ديراك، يمكننا كتابة حالة التراكب بالصيغة التالية:

|STATE> = a|here> + b|there>

يُطلق على  |STATE>اسم «الحالة الكمية» للجسيم، وتدور نظرية الكم وفلسفتها في الأساس حول كيفية تطوُّر هذه الحالة وكيفية تفسيرها. الحدان 'a' و'b' يمثلان «السعة»، وهما كيانان رياضيان أعداد مركّبة على وجه التحديد يتضمن كلٌّ منهما «مقدارًا» (عددًا حقيقيًّا موجبًا مكتوبًا بالصيغة (lal) و«طورًا» (ويمكن اعتباره زاوية). يُعد العدد المركب سهما صغيرًا يعبر طوله عن مقداره، وتعبر زاويته إلى المحور س عن طوره. تصف هاتان السعتان نمطي التداخل والاحتمالية لميكانيكا الكم. وبالنسبة إلى الاحتمالات؛ إذا قسنا موضع هذا الجسيم، فإن احتمالية وجوده في الحالة 'here' تساوي تربيع مقدار السعة للاحتمالية Prob (here) = |a|². وينطبق الأمر نفسه على الاحتمالية ''there. يُطلق على هذه القاعدة الاحتمالية اسم «قاعدة بورن» نسبةً إلى العالم ماكس بورن الذي اقترحها في الأساس؛ والحق أنَّ الغالبية العظمى من البراهين في ميكانيكا الكم تعتمد عليها اعتمادًا كبيرًا.

إنَّ قاعدة بورن تجعل الحالة الكمومية STATES شبيهة بتوزيع الاحتمالية إلى حد ما؛ فالقول إن الجسيم ينطوي على الحالة STATES باعتبارها حالته الكمية شبية إلى حد ما بالقول إنَّ

'here' (Probability |a|²) 'there' (Probability |b|²)

لكن الأمر المهم أنه يمكن لحالتين كميتين أن تخصّصا لناتج ما سَعةً ناتجةً لها مقدار واحد وأطوار مختلفة، وتؤثّر الأطوار في كيفية تطوُّر النظام بمرور الوقت، بما في ذلك إمكانية تداخل المسارات المختلفة التي قد يتخذها النظام بعضها مع بعض. إضافةً إلى ذلك، فإنَّ إحلال الحد b– محلَّ الحد في الحالة الكمومية STATE>| لا يُحدث فرقًا في الاحتمالات، ولكنه يحدث فرقًا في كيفية تطور الحالة الكمومية <STATE| بمرور الوقت، مما قد يشكّل بدوره فرقًا كبيرًا فيما ستكون عليه الاحتمالات الخاصة بالقياسات المستقبلية.

نرى في الحالة STATE>| تجسيدًا مباشرًا للوصفين المتناقضين للأنظمة الكمية التي ناقشناها في القسم الأخير. فحين نرغب في فهم تأثير قياس نظام ما، فإنَّ تفسير الاحتمالية

للحالة الكمومية STATE>| أمر طبيعي: إذا كان الحد <STATE| هو محض طريقة رياضية لقول إن النظام يمكن أن يكون هنا أو يمكن أن يكون هناك؛ فحينها تصبح الاحتمالات؛ ومن ثم حالات ،التراكب غير غامضة. لكننا لا نستطيع فهم <STATE| بهذه الطريقة إذا كنا معنيين بديناميكا النظام، لن نفهمها على الأقل إذا كانت هذه الديناميكا تنطوي على خاصية التداخل؛ إذ إنَّ تفسير الحالة الكمومية STATE>| بصفتها توزيعا للاحتمالية يؤدي إلى فقدان القدرة على تتبع المعلومات المتعلقة بالطور، وهي معلومات يترتب عليها عواقب مهمة من الناحية التجريبية.

على الرغم من ذلك، إذا كان تفسير الاحتمالية للحالة الكمومية <STATE| يبدو إشكاليا، فلن يكون تفسير التداخل أفضل بكثير. مرة أخرى، تخيل قطة شرودنجر البائسة التي يمكن كتابة حالتها بالصيغة التالية:

|CAT STATE> = (1/√2) (|ALIVE> + |DEAD>)

هذه حالة تراكب تتساوى فيها النتيجة: «القطة حية» < ALIVE| والنتيجة: «القطة ميتة» <|DEAD، وكذلك يخبرنا تطبيق قاعدة بورن للاحتمالية بأن القياس أيضًا تتساوى فيه احتمالات العثور على القطة حية والعثور عليها ميتة. (كلُّ ما يفعله الحد (√2/1) هو ضمان أن مجموع مربعي السَّعة يساوي 1). وفي تفسير الاحتمالية للحد <|CAT STATE، لا شيء من هذا غامض على وجه الخصوص؛ فهو لا يعبر إلا عن قطة تتساوى احتمالية أن تكون حية مع احتمالية أن تكون ميتة، ويخبرنا القياس أيهما هي الحالة الصحيحة.

لكن إذا كان الحد CAT STATE>| يعبر عن الحالة الفعلية المادية للقطة، فسيبدو أن ثمة خطأ فادحًا؛ فتلك الحالة – قطة نصف ميتة ونصف حية – غريبة للغاية ومن نوع لم يسمع به أحدٌ من قبل، ولا وجود لقاعدة بورن التي تتنبأ بأن النتيجة الفعلية حين القياس هي احتمالية وجود القطة حية بنسبة 50 بالمائة، واحتمالية وجودها ميتة بنسبة 50 بالمائة. (الحق أنه لا وجود للاحتمالات بوجه عام إذا فهمنا <CAT STATE| بهذه الطريقة.)

من الواضح إذن أنه لا يمكن فهم الحالة الكمية على أنها تصف الخصائص المادية الفعلية للنظام (كما في الميكانيكا الكلاسيكية) أو على أنها تصف احتمالات امتلاك النظام خصائص متنوعة (كما في الميكانيكا الإحصائية). تحتد المعضلة بدرجة أكبر حين ندرس الحالة الكمية لعدة أنظمة والخاصية اللافتة للنظر المسماة «التشابك».

مواضيع ذات صلة

ميكانيكا الكم الخاصة بالروابط

ما الفائدة؟

إعادة النظر في اللامحلية

عوالم متعدّدة

هل نغيّر الفيزياء؟

الاحتمالات والقياسات

مبرهنة بيل وضرورة اللامحلية

الترابط والتشابك

التداخل والقياس

ألغاز الكم

Equipartition and the quantum oscillator

philosophical implications of quantum mechanics